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Oct 28, 2023

모두 새로운

양자 기술은 근본적으로 새로운 것을 가능하게 함으로써 사회에 혁명을 일으킬 것을 약속합니다.

양자 기술은 통신, 감지 및 계산을 위한 근본적으로 새로운 방법을 가능하게 하여 사회에 혁명을 일으킬 것을 약속합니다. 그것은 과학이 여러 면에서 이제 막 윤곽을 그리기 시작한 가능성의 세계입니다.

예를 들어, 양자 암호화가 가능하다면 사악한 해커에 맞서 비교할 수 없는 수준의 데이터 보안을 제공할 것입니다. 그 이유는 양자 정보가 복사하거나 측정할 수 없는 광자(빛의 단일 입자)로 인코딩될 수 있기 때문입니다. 침입자는 즉시 노출될 것입니다.

그러나 과학자들이 먼저 극복해야 할 양자 암호화의 높은 장애물 중 하나는 양자 네트워크 또는 양자 인터넷에 안정적으로 공급할 수 있는 방식으로 광자를 생성하는 능력입니다.

이제 UC 버클리 전기 공학 및 컴퓨터 과학과의 Chenming Hu 부교수이자 로렌스 버클리 국립 연구소(Berkeley Lab) 재료 과학부(버클리 연구소)의 교수 과학자인 Boubacar Kanté가 이끄는 연구팀이 최초의 주문형 시연을 선보였습니다. 실리콘을 이용한 양자광원. Kanté는 매일 수백만 개의 작은 전자 장치가 제조되는 재료인 실리콘이 알려진 가장 "확장 가능한" 광전자 재료라고 말합니다.

그들의 연구는 오늘 Nature Communications에 게재되었습니다.

"실리콘을 양자 빛의 소스로 사용할 가능성은 오늘날의 광전자 공학 및 인공 지능(AI) 장치의 핵심인 현재의 대규모 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 칩 제조 공정이 미래의 양자 시스템에 직접 사용될 수 있음을 의미합니다. "라고 캉테는 말했다.

1970년대 후반부터 양자 암호화를 위한 유망한 단일 광자 방출 양자 장치가 많이 시연되었습니다. 여기에는 양자점, 넓은 밴드 갭 재료의 색상 중심, 비선형 결정 및 원자 증기 전지와 같은 재료 과학 이색이 포함됩니다.

그러나 수십 년간의 조사에도 불구하고 양자 인터넷에 공급할 양자 광원의 확실한 승자는 없습니다.

대규모 양자 인터넷을 위해서는 밝고 효율적인 양자 광원뿐만 아니라 흡수되지 않고 기존 광섬유에서 전파될 수 있는 광자가 필요하다고 Kanté는 설명했습니다. 현재 사용 가능한 어떤 광원도 그 높은 기준을 충족할 수 없습니다. 오늘날 통합된 "클래식" 광원에서 발생하는 것과 같이 CMOS 호환 플랫폼과의 통합을 위해서는 모두 에너지 변환이 필요합니다.

그러나 양자 장치를 CMOS 호환 플랫폼과 통합하기 위한 과제는 기존 시스템보다 훨씬 더 중요하다고 Kanté는 말했습니다. 이는 각 인터페이스가 최소화해야 하는 양자 광의 손실을 허용하기 때문입니다.

UC Berkeley/Berkeley Lab 팀이 개발한 주문형 실리콘 양자 광원은 G 센터로 알려진 단일 실리콘 원자 방출 센터가 실리콘 나노광자 공동에 직접 통합되는 것을 보여주는 최초의 실험 작업이라고 Kanté는 설명했습니다.

"이 연구에서 우리는 인간 머리카락의 10분의 1보다 작은 크기의 실리콘 광자 공동(1미크론)에 원자 크기(1옹스트롬)의 실리콘에 처음으로 원자 결함을 성공적으로 삽입했습니다. 공동 원자를 더 밝게 만들고 더 빠른 속도로 광자를 방출합니다. 이는 미래 [양자] 인터넷을 위한 확장 가능한 양자 광원에 필요한 요소입니다."라고 그는 말했습니다.

단일 광자 방출기의 성공적인 제조에는 탄소가 주입된 상용 등급 실리콘 웨이퍼부터 시작하여 제어된 제조 순서가 포함됩니다. 주입 후에는 리소그래피, 에칭 및 열 어닐링이 수행됩니다. 이는 모두 오늘날의 반도체 주조 공장에서 사용할 수 있는 표준 공정입니다.

Kanté는 원자 방출 중심을 만들고 광학 공동과의 성공적인 중첩을 위해 밀도와 분포를 제어하는 ​​것이 과제라고 말했습니다. 팀은 몇 가지 주요 과제를 극복했지만 개선이 필요하며 아직 답변되지 않은 질문도 많습니다.